光点图案-小孔成像为何成的图像不是影子呢?

英国兰卡斯特大学的研究人员一直热衷于探索胎儿的视觉能力。首席研究员兼心理学教授Vincent Reid在邮件中解释道:“到目前为止,我们已经能够探索除了视觉之外的所有胎儿感官的使用。我们对新生儿和他们的视力了解较多,但对他们出生前的视力情况几乎一无所知。

比起其它形状,新生儿非常擅长识别面孔而且更喜欢看脸,所以我们想要探索胎儿出生前这种偏好的发展情况。”

研究人员总共检查了39个胎儿,孕妈妈们的孕周分别从231天到252天不等,都是单胎分娩。本来参与研究的胎儿数量更多,但是由于实验期间部分胎儿处于深度睡眠状态而无法进行测试。

胎儿对“脸”的形状更感兴趣

由于胎儿参与者仍然在母亲的子宫里生活,所以研究人员采用了非侵入性的方法来评估他们的视觉能力。为了做到这一点,科学家们用一束光照射来母体。Reid解释称:“光是由三个点组成,这些光点分别代表着两只眼睛和一只嘴巴时,新生儿更喜欢看它们。所以我们没有给胎儿看一张‘脸’,而是给他们看一张‘脸状’图像。”

研究人员使用4D超声波来监测胎儿受到刺激时是否会转头以及转头的程度。此外,他们还使用了同样的三个点的图案,但与胎儿的方向是相反的,也就是说在结构上不像人脸。事实证明,不像脸的光点一点都不吸引他们。Reid称:“

把光点图案倒过来后,新生儿就失去了兴趣。”

Reid称:“虽然很微妙,但是这种脸状结构对胎儿产生的吸引力让我们对视力发育有了不同的认识。这意味着我们甚至在出生之前就有这种偏好,这要么是天生的,要么就是他们出生前已有类似经历。”

胎儿的视觉发育仍然是一个谜

这项研究的另一个重大发现是,它将人类的视觉时间轴向前移动。Reid称:

“我们现在知道,胎儿在出生前的环境中积极处理视觉信息。

头部运动是一种有意识的运动,用来跟踪我们给出的刺激。这意味着我们现在可以从许多其它方面探索胎儿的视觉。”

事实上,这项研究已经为将来深入研究胎儿视力打下了基础,因为就目前的情况来看,我们对胎儿能看到多少东西还知之甚少。Reid称:“以前没有人研究过这个,一周大的婴儿视力很差,一切都很模糊。同样的情况也会发生在还有数周即将临产的胎儿。我们知道早产儿可以看到形状、光线和细节,但那也是他们出生以后,出生前的环境是不同的。我们需要找到答案。”

团队计划研究胎儿是否能区分数量和数字。

Reid指出:“区分数量和数字是新生儿能做到的事情。如果胎儿也能做到这一点,这就告诉我们很多关于胎儿认知能力的信息。我们也很想知道胎儿是如何看到动作的。婴儿更喜欢看人们的动作,如果胎儿也有这种偏好,这就意味着他们自身的经历可能导致了这些偏好。”

十月怀胎,胎儿在母体到底经历了什么,

为啥会对面孔更感兴趣,我们不知道、也不敢问。还是等科学家们给我们揭开谜底吧!

蜡烛灯制作的方法

第一种方法是用易拉罐自制的蜡烛灯,光点组成的图案别具一格,是商店买到的成品没法比的:

1、把易拉罐的顶部去掉,侧面开一个拱门形的洞。

2、先用丙烯颜料把易拉罐外面全涂白,用铅笔勾勒线条。

3、用彩色颜料沿着线条完成彩色图案。

4、用钢针在图案的边缘扎小孔。里面要用圆柱形的塑料棒或木板垫实,防止把易拉罐压扁变形。

5、完成后,那个拱门是方便放蜡烛的。

第二种方法是蓝色彩虹蜡烛灯:

材料:蜡烛(深蓝、淡蓝、绿色)、铁容器、透明小玻璃杯、烛芯、胶带

1、把蜡烛用刀切生小块,并把中间的烛芯弄出来。

2、用一个铁容器把碎块的蜡烛放在火上隔水加热融化。

3、在玻璃杯上贴上一根胶带,在中间把烛芯的一端黏在上面,下端自然下垂。

4、把溶解好的蜡烛液倒入杯子里面。

5、随后相继溶解另外两种颜色的蜡烛,等下面一层的蜡烛凝固后再倒进去,这样把杯子填充满就可以了。

第三种方法是用玻璃杯制作镀金蛋壳蜡烛灯:

工具/原料:玻璃杯、金粉、白色石膏、油漆刷、盆子

1、把石膏和金粉倒入一个盆子里面用油漆刷将其混合起来。

2、把金色的石膏涂用刷子涂在杯子的外面。

3、等干了后再涂上一层白色的石膏颜料。

4、均匀的涂抹好后,放在通风处让其自然晾干。完成。

小孔能够成像,而且能够成实像

小孔成像是光直线传播的有力证据,也是大家熟知的光学现象,但是具体到小孔成像的某些理论,人们又感到存在着一些问题。为此,我归纳了三个问题并作一分析。

一、小孔成像的机制是什么?

一个物体可看作是由无数个物点组成的,每一个物点即一个发光点。理想情况下,由于光的直线传播,各发光点发出的光线经过小孔后在光屏上形成了一个个光点。由几何学知,发光点与落在光屏上的光点关于小孔中心一一对称,因此通过小孔后的光点截面图案与物体也成中心对称。又由于光本身由物点发出,携带了物点的特征,如形状、颜色、光洁度等,因此光点亦即像点,光点截面图案亦即物体的像。再利用像在光屏上的漫反射,我们就看到了小孔成的像,这就是小孔成像的机制。

实际上,由于小孔有一定的几何尺寸,并非几何点,所以物点发出的光线经过小孔后就形成了扩散的光束,落在光屏上就变成了光斑(像斑)而不是光点。光斑间发生相互重叠,就产生了像的失真。孔越大,光斑越大,光斑间重叠越明显,像失真越严重。因此,物点经小孔后成的像总存在着失真,而且失真度主要取决于小孔的相对孔径的大小。

二、小孔成像的条件是什么?

概括地说,小孔或清晰的像要具备3个条件。第一,小孔的线度要远大于光的波长,人们早先在使用针孔照相机时发现,当小孔很小时,像变得模糊不清。后来人们研究发现,这是由于光出现了衍射的缘故,当小孔的线度小到与光的波长可比拟时,通过小孔的光将不再直进,而是要发生衍射,这时的光学现象显然已经超出了小孔成像的范围。第二,小孔的线度要远小于物体的几何尺寸。当小孔太大时,光班重叠变得非常明显,像已经变得完全失真,这时在光屏上呈现的是小孔周围挡光部分的影子。这里我们应该注意到,在小孔能够保证光的直进性的前提下,也并不是孔越小越好,孔太小会使通过小孔的光线太弱,因而成的像太暗,使我们无法看清像。第三,小孔成像要有光屏存在,只有利用像斑在光屏上的漫反射,我们才能看到物体成的像。

三、“小孔成像”中的“像”是像吗?

《辞海》定义:“像是从物体发出的光线经过光具组(透镜、镜、棱镜或它们的组合)后形成的与原物相似的图景。由光线实际会聚而成的像称为‘实像’,由虚光线(即光线在其相反方向上的延长线)会聚而成的像称为‘虚像’”。据此有人认为,小孔成像中的“像”并不是由光线实际会聚而成(通过小孔后的光线是发散的),所以不能把它说成是实像,也不可能是虚像,虚像无法用屏幕承接。有人还进一步引深说,如果小孔确实成的是像,那么还应该能够实现二次成像(即在小孔的后面放一凸透镜,以小孔成的“像”为物,还应该能够成像),可是在孔屏后放置一个凸透镜,无论怎样调整透镜、光屏、人眼三者的相对位置也观察不到二次成像。因此,他们认为把这一光学现象称为“小孔成像”是不确切的,确切地说应是“小孔成影”。那么真是“小孔成影”吗?

我们再来看一下《辞海》对影的定义:影是光在传播过程中遇到不透明物体时,在其后方形成的全暗(光线完全不能照到)或半暗(只有部分光线照得到)区域,其中全暗区域称为全影,半暗区域称为半影。比较像和影的概念可知:(1)小孔成像不是光线遇到了不透明物体的情况,而是光线通过小孔时出现的光学现象。(2)影只是大致反映遮光体的轮廓,或全暗、或半暗;而像则是全面反映发光体的表象情况,如起伏性、颜色、光洁度等,二者反映事物的程度有着明显的差别。小孔成像是全面反映事物的光学现象,比如对人成像,不仅能反映人的某个详细部位,如眼睛、鼻子等,还能再现人的面部表情,这一点影是做不到的。因此,把小孔成像说成是“小孔成影”是不正确的。当然,如果一定要说小孔成影,那也只能是在小孔不太小的情况下,由于小孔周围部分挡光而对这一挡光部分形成的影子,此时发光体的像实际上已经不存在。

进一步分析可知,小孔不仅成的是“像”,而且是“实像”。母国光先生等所编的《光学》一书中这样定义像:“自物点发出的单心光束,经光学系统后,若仍保持为单心光束,则这个经过系统后的光束的心称为光学系统对该物点成的像点。”实际上,除平面镜的反射能严格保持光束的单心性以外,其他光学元件由于都是近轴成像,所以都不能保持光束的单心性,只不过人们可以根据要求,将几种光学元件加以组合,以将像差减小到合理范围。因此,实际的像与定义中的像(即理想的像)总是有一定差异。当自物点发出的单心光束经光学系统后,其单心性得不到保证时,该单心光束所携带的物点信息就不能在一点完整地反映出来,对应一个物点的就不再是一个像点,而是一个弥散性像斑。小孔成像实际上就是这种情况。物点发出的光束经小孔后成为发散的光束,虽然不能会聚,但由于小孔很小,物点与小孔间距离较大,小孔与光屏间距离很小,通过小孔的光线也就很细,落在光屏上的光斑也就很小。又由于这很细的光束携带了物点的信息,故这很小的光斑无疑即像斑。实践表明,物体经小孔成的像,不仅可以用像屏来承接,也可使照相底片感光,故早期人们利用此原理制成针孔照相机。因此,我们说小孔能够成像,而且能够成实像。